美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家使用石墨烯構(gòu)建了輕質(zhì)的超聲揚(yáng)聲器和話筒，使人們能夠模仿蝙蝠或海豚的能力，去使用超聲作為信息交流，和對(duì)周?chē)矬w的測(cè)距和測(cè)速。就現(xiàn)實(shí)應(yīng)用而言，無(wú)線超聲器件彌補(bǔ)了射頻器件在某些環(huán)境下無(wú)法使用的困境，例如水下。而且石墨烯無(wú)線超聲器件的保真度比現(xiàn)有超聲或聲納器件高很多。這個(gè)手段還能夠使信號(hào)穿透物體，例如鋼，這是電磁波達(dá)不到的。
“海洋哺乳動(dòng)物和蝙蝠使用超聲來(lái)回聲定位和交流，但是人類(lèi)還沒(méi)有充分的開(kāi)拓這個(gè)領(lǐng)域，依我來(lái)看，是因?yàn)榧夹g(shù)尚未成熟�！泵绹�(guó)加州大學(xué)伯克利分校的物理學(xué)家 Zettl說(shuō)“直到現(xiàn)在，我們還沒(méi)有好的寬帶超聲發(fā)射器和接收器，這些新的器件是一個(gè)技術(shù)機(jī)遇�！�
揚(yáng)聲器和話筒都是用鼓膜，一般由紙和塑料制造。它們通過(guò)震動(dòng)去產(chǎn)生聲音或者探測(cè)聲音。在新的器件里的鼓膜是石墨烯薄膜，它們只有一個(gè)原子厚度，但是擁有好的韌性，強(qiáng)度，并且質(zhì)量輕，因此能夠?qū)拇温暡?小于20赫茲)到超聲波（大于20千赫茲）的聲音得以響應(yīng)。人類(lèi)能夠聽(tīng)到20赫茲至20千赫茲之間的聲音，而蝙蝠只能聽(tīng)到千赫茲的范圍（9-200千赫茲）。石墨烯的揚(yáng)聲器和話筒甚至可以在小于20赫茲和高于500千赫茲的頻率范圍工作。
石墨烯由碳原子的六圓環(huán)結(jié)構(gòu)組成，這個(gè)結(jié)構(gòu)造就了堅(jiān)韌的輕薄的薄膜。它所擁有的獨(dú)特的電子性質(zhì)，讓物理學(xué)界在過(guò)去的20多年感到興奮�！笆褂檬┰陔娮雍图{米器件領(lǐng)域是一個(gè)熱門(mén)話題。但是這些應(yīng)用離現(xiàn)實(shí)還有一段距離”Zettl說(shuō),“話筒和揚(yáng)聲器是那些距產(chǎn)業(yè)化最近的器件之一，因?yàn)槲覀円呀?jīng)找到了怎樣來(lái)大規(guī)模制備的簡(jiǎn)單方法”。此工作已經(jīng)于本周在美國(guó)科學(xué)院院刊刊登。
兩年前周勤（音譯）用石墨烯薄膜作為鼓膜搭建了揚(yáng)聲器，從那時(shí)起他開(kāi)始研發(fā)基于類(lèi)似于揚(yáng)聲器的石墨烯鼓膜的話筒。
石墨烯最大的好處是單層原子結(jié)構(gòu)非常輕薄，以至于對(duì)電子脈沖不同頻率有好的響應(yīng)。而今天的壓電話筒和揚(yáng)聲器做不到這一點(diǎn)。這樣的性質(zhì)非常便于超聲發(fā)生器與接收器同時(shí)使用不同的頻道去傳輸大量的信息，或者像聲納一樣去測(cè)量距離�！耙�?yàn)槲覀兊谋∧し浅５妮p，它有非常寬的頻率響應(yīng)，而且它能夠產(chǎn)生尖銳的脈沖，所以在測(cè)量距離上比傳統(tǒng)的方法精確很多。”周說(shuō)。石墨烯膜也更加高效的能量利用，它可以將超過(guò)99%的能量用來(lái)驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換成聲音，而今天的常規(guī)揚(yáng)聲器和耳機(jī)只有8%轉(zhuǎn)換為聲音。Zettl預(yù)言未來(lái)的通訊器件，像手機(jī)，不僅僅使用電磁波射頻而且也使用聲音和超聲進(jìn)行高定向和長(zhǎng)距離的信息傳輸。 “石墨烯是一種神奇的材料;它完美滿(mǎn)足了通訊器件的關(guān)鍵需求” 他說(shuō)。
當(dāng)初，周勤將此工作告訴夫人鄭女士。鄭女士建議使用這樣的器件去捕捉那些人耳無(wú)法聽(tīng)到的聲音。于是，周將該設(shè)備安裝在公園。當(dāng)他們將記錄到的聲音以八分之一的速度慢放，把高頻轉(zhuǎn)變成了人耳可聽(tīng)到的音頻。他們對(duì)這樣高保真的蝙蝠的聲音很驚訝。
“這個(gè)器件足以輕巧的安裝在蝙蝠的身上，去監(jiān)聽(tīng)蝙蝠聽(tīng)到了什么”周說(shuō)。
伯克利的蝙蝠專(zhuān)家Michael Yartsev說(shuō)：這些新的話筒將非常有價(jià)值，可以用來(lái)研究高頻的音頻信號(hào)，例如蝙蝠使用的頻率。石墨烯的使用允許我們?cè)谝粋�(gè)寬泛的頻率范圍內(nèi)獲得非常均衡的頻率響應(yīng)，包括超聲波，并且將使我們精細(xì)的研究被蝙蝠使用那些聲音信號(hào)。Zettl指出，音響發(fā)燒友也會(huì)因此而得益于這項(xiàng)技術(shù)。
幾年前，基于石墨烯的揚(yáng)聲器和話筒幾乎不可能存在。這是因?yàn)橹谱鳘?dú)立石墨烯薄膜的困難。Zettl說(shuō)：“但是經(jīng)過(guò)過(guò)去的十年石墨烯科研人員的共同努力，發(fā)展出了生長(zhǎng)/轉(zhuǎn)移/固定石墨烯技術(shù)，而且量產(chǎn)已經(jīng)變得容易。”
二維碳素翻譯自： 加州大學(xué)伯克利分校網(wǎng)站